一种固态物料自适应计量组合秤控制方法与流程

本发明涉及组合秤领域，特别是一种固态物料自适应计量组合秤控制方法。

背景技术：

由于技术的发展和国内人工成本的增加，为了提高生产效率，控制成本，目前很多规模化的食品药品加工企业开始大量使用组合秤。

常规的组合秤，包括线振机、存料斗、计量斗、控制系统，控制系统分别与线振机、存料斗、计量斗电性连接，线振机向存料斗下料，其中线振机包括变频变压线振器、以及由变频变压线振器带动的主振料斗，控制系统与变频变压线振器电性连接以相应调节线振机的振动频率、振动幅度、振动时间，存料斗能够将线振机流出的固态物料放到计量斗中，计量斗对固态物料进行称重，最后由计量斗排出固态物料。

因企业使用组合秤的用途并非完全相同，特别是计量的对象(固态物料)更是品种繁多各不相同，因此组合秤在计量这些固态物料时，必须花费大量的技术人员在现场进行手工调试，因每个调试人员的偏好和感觉不同因此无法将机器调整到最佳运行状态，同时人手调试也会浪费大量的时间，效率低下。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种高效率、高精度的固态物料自适应计量组合秤控制方法。

本发明采用的技术方案是：

一种固态物料自适应计量组合秤控制方法，包括以下步骤：

(S1)输入在设定的振动时间t0内线振机流出固态物料的目标重量m0；

控制系统以设定的振动时间t0、振动频率f0、振动幅度a0控制线振机往计量斗下料，计量斗称量固态物料重量m1并输入到控制系统中以计算出振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例；

(S2)控制系统控制线振机运作并且接收计量斗称量固态物料重量所形成的反馈信号，根据反馈信号至少一次调整振动频率和/或振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，进而修正线振机的振动频率和/或振动幅度以使线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量趋近目标重量m0；

(S3)控制系统根据修正后的振动频率以及振动幅度控制线振机运作。

所述步骤(S2)包括：(S21)控制系统根据目标重量m0以及步骤(S1)中振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例得出第一次修正振动频率f1和/或第一次修正振动幅度a1，并且将第一次修正振动频率f1和/或第一次修正振动幅度a1替换步骤(S1)中的振动频率f0和/或振动幅度a0后控制线振机下料，振动时间为t0；(S22)计量斗称量步骤(S21)中流出固态物料重量m2并输入到控制系统中；(S23)控制系统根据第一次修正振动频率f1和/或第一次修正振动幅度a1以及固态物料重量m2调整振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，并且根据目标重量m0得出第二次修正振动频率f2和/或第二次修正振动幅度a2，再相应替换原振动频率和/或原振动幅度后控制线振机下料，振动时间为t0；(S24)依次循环进行步骤(S22)以及步骤(S23)以使线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量趋近目标重量m0，其中，依次将步骤(S23)下料的固态物料重量m3替换下一次循环步骤(S22)中输入到控制系统中的固态物料重量m2。

所述步骤(S24)中循环次数为3-5次，循环完毕后进入步骤(S3)。

所述步骤(S22)中计量斗称量固态物料重量后将计量斗内固态物料排空。

所述步骤(S21)中控制系统保持振动幅度a0不变，根据目标重量m0以及步骤(S1)中振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例得出第一次修正振动频率f1，并且将第一次修正振动频率f1替换步骤(S1)中的振动频率f0后控制线振机下料；

或者是，所述步骤(S21)中控制系统保持振动频率f0不变，根据目标重量m0以及步骤(S1)中振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例得出第一次修正振动幅度a1，并且将第一次修正振动幅度a1替换步骤(S1)中的振动幅度a0后控制线振机下料。

所述步骤(S23)中控制系统保持振动频率f1不变，根据第一次修正振动幅度a1以及固态物料重量m2调整振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，并且根据目标重量m0得出第二次修正振动幅度a2，再相应替换原振动幅度后控制线振机下料；

或者是，所述步骤(S23)中控制系统保持振动幅度a1不变，根据第一次修正振动频率f1以及固态物料重量m2调整振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，并且根据目标重量m0得出第二次修正振动频率f2，再相应替换原振动频率后控制线振机下料。

本发明的有益效果：

本发明组合秤控制方法，设定目标重量m0，根据初始设定的振动时间t0、振动频率f0、振动幅度a0控制线振机往计量斗下料，计量斗称量固态物料重量m1，控制系统自动计算出振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，之后控制系统控制线振机运作并且接收计量斗称量固态物料重量所形成的反馈信号，根据反馈信号至少一次调整振动频率和/或振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，进而修正线振机的振动频率和/或振动幅度以使线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量趋近目标重量m0。

本设计的修正过程无需工作人员人手操作，排除了主观因素，由控制系统计算并且多次修正后得出更精确的结果，准确修正振动频率或者振动幅度，使得线振机的下料速度更佳。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明组合秤控制方法的总流程图。

图2是本发明组合秤修正振动频率和/或振动幅度的流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明固态物料自适应计量组合秤控制方法，包括以下步骤：

(S1)输入在设定的振动时间t0内线振机流出固态物料的目标重量m0；

控制系统以设定的振动时间t0、振动频率f0、振动幅度a0控制线振机往计量斗下料，计量斗称量固态物料重量m1并输入到控制系统中以计算出振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例；

(S2)控制系统控制线振机运作并且接收计量斗称量固态物料重量所形成的反馈信号，根据反馈信号至少一次调整振动频率和/或振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，进而修正线振机的振动频率和/或振动幅度以使线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量趋近目标重量m0；

其中，步骤(S2)包括：

(S21)控制系统根据目标重量m0以及步骤(S1)中振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例得出第一次修正振动频率f1和/或第一次修正振动幅度a1，并且将第一次修正振动频率f1和/或第一次修正振动幅度a1替换步骤(S1)中的振动频率f0和/或振动幅度a0后控制线振机下料，振动时间为t0；

(S22)计量斗称量步骤(S21)中流出固态物料重量m2并输入到控制系统中；

(S23)控制系统根据第一次修正振动频率f1和/或第一次修正振动幅度a1以及固态物料重量m2调整振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，并且根据目标重量m0得出第二次修正振动频率f2和/或第二次修正振动幅度a2，再相应替换原振动频率和/或原振动幅度后控制线振机下料，振动时间为t0；

(S24)依次循环进行步骤(S22)以及步骤(S23)以使线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量趋近目标重量m0，其中，依次将步骤(S23)下料的固态物料重量m3替换下一次循环步骤(S22)中输入到控制系统中的固态物料重量m2。此处循环进行步骤(S22)以及步骤(S23)为，经过了步骤(S23)后，计量斗称量步骤(S23)流出固态物料重量m3并输入到控制系统中，再根据第二次修正振动频率f2和/或第二次修正振动幅度a2以及固态物料重量m3调整振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，之后也如此类推。

步骤(S22)中计量斗称量固态物料重量后将计量斗内固态物料排空。

步骤(S24)中循环次数为3-5次，循环完毕后进入步骤(S3)。

在修正振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例时，可以使振动频率和振动幅度任意一个变量不变，修正另一变量，或者同时改变振动频率和振动幅度，例如在第一次修正中，控制振动幅度a0不变，将振动频率f0修正为f1，第二次修正中，控制振动频率f1不变，再对振动幅度a0修正为a1；或者是连续修正振动幅度或者振动频率亦可。

其中的实施方式如下，步骤(S21)中控制系统保持振动幅度a0不变，根据目标重量m0以及步骤(S1)中振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例得出第一次修正振动频率f1，并且将第一次修正振动频率f1替换步骤(S1)中的振动频率f0后控制线振机下料；

或者是，所述步骤(S21)中控制系统保持振动频率f0不变，根据目标重量m0以及步骤(S1)中振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例得出第一次修正振动幅度a1，并且将第一次修正振动幅度a1替换步骤(S1)中的振动幅度a0后控制线振机下料。

步骤(S23)中控制系统保持振动频率f1不变，根据第一次修正振动幅度a1以及固态物料重量m2调整振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，并且根据目标重量m0得出第二次修正振动幅度a2，再相应替换原振动幅度后控制线振机下料；

或者是，所述步骤(S23)中控制系统保持振动幅度a1不变，根据第一次修正振动频率f1以及固态物料重量m2调整振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，并且根据目标重量m0得出第二次修正振动频率f2，再相应替换原振动频率后控制线振机下料。

(S3)控制系统根据修正后的振动频率以及振动幅度控制线振机运作。

而本设计的原理部分为：本设计振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例应用限定记忆最小二乘法进行变换。

由常规技术可知，线振机在电磁力的作用下做简谐运动，由此可得出运动学原理公式：

s＝asinωt

由牛顿第二定律可知：

N-mg＝ms sinβ

假定ts是物料被抛起的初始时间，那么产生抛掷运动的条件为N＝0，即mg_n+mω²a₁sinωt_s sin β＝0；

可推导出：

设定机械系数K，进一步导出K＝4π²f²a/g；

设定抛掷指数D，

而在固态物料的下料速度方面，单位时间内流出固态物料的重量与下料时间的比值，即线性振动器的下料流量，下料流量Q＝mg/T；

假设物料的平均速度为均匀的，且产品设计的线振器形状固定，因此出料的速度为流量与物料下料口面积S的比值，v_m＝Q/S；

下料理论速度用无因次系数f(D)与极限速度wacosB的乘积来表示，v_d＝f(D)ωa cos β；

而实际物料的下料速度为：v_m＝mg/TS＝γ_aC_hC_mC_wv_d；

其中，f为振动频率，

a为振动幅度，

g为重力加速度，

T为振动时间，设置为t0，

β线振机振动方向角，

α线振机倾角，

Γa为倾角修正系数，无倾斜时取值1，

Ch为料层厚度修正系数，

Cm物料特性系数颗粒装取值0.9，

Cw滑行运动系数，当抛掷指数D取值大于3是，可以不考虑，该系数取1，α、β在设计时固定，为确定的参数，根据每台线振机的具体差异，Γa、Ch、Cm、Cw会有一定区别，但是每台线振机的这些值均可通过测量确定。

由此可得，基于最小二乘法进行变换，对应K值与固态物料下料的质量m在坐标轴上呈离散型分布，并且多个的K值与多个与K值对应固态物料下料的质量m组合类似得出抛物线函数，而由K＝4π²f²a/g得出，线振机设定振动频率f、振动幅度a下振动，流出固态物料的重量m，可根据最小二乘法形成相应的抛物线函数，振动频率f、振动幅度a得出的K值与流出固态物料的重量m成一定比例，并且根据每次运行后的参数对振动频率f、振动幅度a得出的K值与流出固态物料的重量m之间的比例不断进行修正，使得离散的K值逐渐收敛，再将目标质量m0代入，得出最佳振动频率f以及振动幅度a。

本控制方法，设定目标重量m0，根据初始设定的振动时间t0、振动频率f0、振动幅度a0控制线振机往计量斗下料，计量斗称量固态物料重量m1，控制系统自动计算出振动频率及振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，之后控制系统控制线振机运作并且接收计量斗称量固态物料重量所形成的反馈信号，根据反馈信号至少一次调整振动频率和/或振动幅度与线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量的比例，进而修正线振机的振动频率和/或振动幅度以使线振机在设定的振动时间t0内流出固态物料重量趋近目标重量m0。

本设计的修正过程无需工作人员人手操作，排除了主观因素，由控制系统计算并且多次修正后得出更精确的结果，准确修正振动频率或者振动幅度，使得线振机的下料速度更佳。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。